JP2010286354A - Device for estimation of doppler frequency, device for capturing and tracking of positioning signal, positioning device, and method of measuring doppler frequency - Google Patents

Device for estimation of doppler frequency, device for capturing and tracking of positioning signal, positioning device, and method of measuring doppler frequency Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a Doppler frequency estimation device capable of relatively precisely setting a Doppler frequency at an initial point of time of tracking with a simple configuration and low-load processing. <P>SOLUTION: A control unit 35 acquires code correlation data for every prescribed code phase difference over the entire code as primary search processing, and detects a code phase that becomes the maximum code correlation data. Then, the control unit 35 acquires code correlation data for each prescribed code phase difference within a search range set from results of the primary search processing, and detects a code phase that becomes the maximum code correlation data. The control unit 35 calculates a Doppler frequency, namely a frequency error between a carrier frequency for search and an actual carrier frequency from a time interval and the amount of code shift from a code phase that becomes the maximum code correlation data in primary search processing to a code phase that becomes the maximum code correlation data in first secondary search processing. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、測位信号の復調を行うために、測位信号のドップラ周波数推定、コード捕捉、コード追尾およびキャリア追尾を行う装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus that performs Doppler frequency estimation, code acquisition, code tracking, and carrier tracking of a positioning signal in order to demodulate the positioning signal.

従来、Galileo受信機等のGNSS受信機では、測位等を行うために擬似距離やキャリア周波数を測定する必要がある。そして、当該擬似距離やキャリア周波数を測定するためには、測位信号の捕捉(サーチ)と追尾を行わなければならない。特に、擬似距離やドップラ周波数を高精度に測定するためには、コード追尾とキャリア周波数追尾との両方を行わなければならない。   Conventionally, in a GNSS receiver such as a Galileo receiver, it is necessary to measure a pseudorange or a carrier frequency in order to perform positioning or the like. In order to measure the pseudorange and the carrier frequency, the positioning signal must be captured (searched) and tracked. In particular, in order to measure the pseudorange and Doppler frequency with high accuracy, both code tracking and carrier frequency tracking must be performed.

ところが、このようなGNSS受信機では、コードの捕捉状態によっては、追尾状態に入ってからキャリア周波数を追い込んでロックする過程で、十分な追い込みができなかったり、間違ったキャリア周波数にロックしてしまうという異常追尾現象が生じる。また、このようなキャリア周波数の異常追尾現象に伴って、コード位相を正確に合わせ込んで高精度なコード追尾を実行することができなくなってしまう。   However, in such a GNSS receiver, depending on the code acquisition state, in the process of driving and locking the carrier frequency after entering the tracking state, sufficient tracking cannot be performed or the carrier frequency is locked to the wrong carrier frequency. An abnormal tracking phenomenon occurs. Further, along with such an abnormal tracking phenomenon of the carrier frequency, it becomes impossible to execute code tracking with high accuracy by accurately matching the code phase.

図6(A)は、Galileoにおいて受信環境のC/No=35[dB−Hz]における周波数推定の例を示すグラフであり、周波数が500Hzずれた状態(0Hz)から正確な周波数(+500Hz)に正確に追い込めるかどうかを示したグラフである。図6(A)において、「正常」の特性が正確に周波数を追い込めた場合を示し、「No1」〜「No6」の特性が周波数推定誤りの場合を示す。   FIG. 6A is a graph showing an example of frequency estimation in C / No = 35 [dB-Hz] in the reception environment in Galileo, from a state where the frequency is shifted by 500 Hz (0 Hz) to an accurate frequency (+500 Hz). It is a graph showing whether or not it can be driven accurately. FIG. 6A shows a case where the “normal” characteristic can accurately drive the frequency, and a case where the “No1” to “No6” characteristics are frequency estimation errors.

また、図6(B)は、図6(A)の場合における「正常」、「No1」〜「No6」の特性でのコード相関結果から得られるC/N[dB−Hz]を示したグラフである。   FIG. 6B is a graph showing C / N [dB-Hz] obtained from the code correlation result with the characteristics of “normal” and “No1” to “No6” in the case of FIG. It is.

これら図6(A),(B)に示すように、C/No=35[dB−Hz]のような受信信号のレベルが低い環境下でGalileoのような複雑なコードを用いている場合は、初期周波数が500Hzずれていると、正確な周波数にロックして、高精度なコード追尾を行うことが殆どできない。   As shown in FIGS. 6A and 6B, when a complex code such as Galileo is used in an environment where the received signal level is low such as C / No = 35 [dB-Hz]. If the initial frequency is shifted by 500 Hz, it is almost impossible to perform high-accuracy code tracking by locking to an accurate frequency.

これは、コード位相とキャリア周波数とを同時に追い込む追尾処理部では、キャリア周波数の追尾結果を、コード位相の追尾処理にフィードバックするからであり、受信信号のレベルが低い環境のため正確に追い込まれていないキャリア周波数を用いてコード位相を追い込んでも、初期のコード位相が真のコード位相に殆ど一致した状態で追尾を開始していなければ、真のコード位相からずれてしまうからである。例えば、上述のC/No=35[dB−Hz]の受信環境下のGalileo受信機では、初期周波数が500Hzずれていた場合、初期コード位相誤差は0.13chip程度以下でなければ、正確なコード位相およびキャリア周波数の追尾を実現することができない。   This is because the tracking processing unit that tracks the code phase and the carrier frequency at the same time feeds back the tracking result of the carrier frequency to the tracking processing of the code phase. This is because even if the code phase is driven using a non-carrier frequency, if tracking is not started in a state where the initial code phase almost coincides with the true code phase, the code phase shifts from the true code phase. For example, in the above-described Galileo receiver under the reception environment of C / No = 35 [dB-Hz], when the initial frequency is shifted by 500 Hz, an accurate code can be obtained unless the initial code phase error is about 0.13 chip or less. Phase and carrier frequency tracking cannot be realized.

このような問題を解決する方法として、サーチ処理を行った後にコードの単独追尾処理を行い、コード位相差が十分に小さくなったことを確認してから、所定時間長(例えば1秒間)等のコード位相差を観測し、当該コード位相差の最小自乗値からキャリア周波数の初期値を推定し、当該初期値からキャリア周波数を追尾する方法が考えられている。さらには、特許文献1には、1つの測位衛星(測位信号)に対して複数チャンネルを用い、ピークサーチ、当該ピークに対応するサイドローブチェック、ピーク値のキャリア周波数確認を行うことで、正確なキャリア周波数を絞り込んでいく方法も考えられている。   As a method of solving such a problem, after performing the search process, the code single tracking process is performed, and after confirming that the code phase difference has become sufficiently small, a predetermined time length (for example, 1 second) is set. A method is considered in which the code phase difference is observed, the initial value of the carrier frequency is estimated from the least square value of the code phase difference, and the carrier frequency is tracked from the initial value. Furthermore, Patent Document 1 uses a plurality of channels for one positioning satellite (positioning signal), performs peak search, sidelobe check corresponding to the peak, and carrier frequency confirmation of the peak value, thereby ensuring accurate A method of narrowing down the carrier frequency is also considered.

特開2004−12378号公報JP 2004-12378 A

しかしながら、上述の最小自乗法を用いる方法の場合、1つの測位衛星(測位信号)に対して1チャンネルを割り当てればよいが、最小自乗法を使用するため、演算処理量が多くなり、処理負荷が大きくなる。また、特許文献1に示すような方法では、1つの測位衛星(測位信号)に対して2チャンネルを必要とするので、リソースを多く必要としてしまう。   However, in the case of the method using the least square method described above, one channel may be allocated to one positioning satellite (positioning signal). However, since the least square method is used, the calculation processing amount increases and the processing load increases. Becomes larger. Moreover, since the method as shown in Patent Document 1 requires two channels for one positioning satellite (positioning signal), a lot of resources are required.

このような各問題を鑑みて、本発明の目的は、キャリア周波数に含まれるドップラ周波数を簡素な構成且つ低負荷な処理で高精度に推定するドップラ周波数推定装置およびドップラ周波数測定方法を実現することにある。さらに、追尾初期時点におけるキャリア周波数を高精度に設定することができる測位信号捕捉装置、および測位装置を実現することにある。   In view of these problems, an object of the present invention is to realize a Doppler frequency estimation device and a Doppler frequency measurement method that accurately estimate a Doppler frequency included in a carrier frequency with a simple configuration and low-load processing. It is in. Another object is to realize a positioning signal acquisition device and a positioning device that can set the carrier frequency at the initial tracking point with high accuracy.

この発明は、所定のコードによりスペクトル拡散された信号のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定装置に関するものである。このドップラ周波数推定装置は、相関部、制御部、および推定部を備える。相関部は、スペクトル拡散された信号とコードに基づくレプリカコードとを相関処理する。制御部は、予め設定した推定用キャリア周波数において、所定のサーチ範囲に亘り所定のコード位相毎に相関レベルを算出して最大相関レベルとなるコード位相を検出するサーチ処理を前記相関部に対して実行させる。推定部は、2回のサーチ処理で検出された最大相関レベルとなるコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて、推定キャリア周波数の周波数誤差を算出することでドップラ周波数を推定する。   The present invention relates to a Doppler frequency estimation apparatus for estimating a Doppler frequency of a signal whose spectrum is spread by a predetermined code. The Doppler frequency estimation apparatus includes a correlation unit, a control unit, and an estimation unit. The correlator performs correlation processing between the spread spectrum signal and the code-based replica code. The control unit performs a search process for calculating a correlation level for each predetermined code phase over a predetermined search range at a preset estimation carrier frequency and detecting a code phase having a maximum correlation level with respect to the correlation unit. Let it run. The estimation unit calculates the frequency error of the estimated carrier frequency based on the code shift amount between the code phases that is the maximum correlation level detected in the two search processes and the detection timing interval of the code phase that is the maximum correlation level. The Doppler frequency is estimated by calculation.

また、この発明のドップラ周波数推定装置の制御部は、コードの全体をサーチ範囲としてサーチ処理を行う1次サーチ処理と、該1次サーチ処理のサーチ範囲よりも狭いサーチ範囲においてサーチ処理を行う2次サーチ処理と、を相関部に対して実行させる。推定部は、1次サーチ処理と2次サーチ処理で得られた最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいてドップラ周波数を推定する。   Further, the control unit of the Doppler frequency estimation apparatus according to the present invention performs a primary search process for performing a search process using the entire code as a search range, and performs a search process in a search range narrower than the search range of the primary search process 2 The next search process is executed on the correlation unit. The estimation unit estimates the Doppler frequency based on the amount of code shift between the code phases of the maximum correlation level obtained by the primary search process and the secondary search process and the detection timing interval of the code phase that becomes the maximum correlation level. .

また、この発明のドップラ周波数推定装置の直前のサーチ処理による最大相関レベルのコード位相を中心コード位相とし、直前のサーチ処理のサーチ範囲よりも狭い所定のサーチ範囲において前記コード位相毎の相関レベルを取得し、最大相関レベルとなるコード位相を検出する2次サーチ処理を前記相関部に対して複数回実行させる。推定部は、1次サーチ処理と少なくとも1回の2次サーチ処理との内の2回のサーチ処理で得られた最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と、該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいてドップラ周波数を推定する。   Further, the code phase of the maximum correlation level obtained by the immediately preceding search process of the Doppler frequency estimating apparatus of the present invention is set as the center code phase, and the correlation level for each code phase is determined in a predetermined search range narrower than the search range of the immediately preceding search process. The secondary search process for obtaining and detecting the code phase that provides the maximum correlation level is executed by the correlator a plurality of times. The estimation unit includes a code shift amount between code phases of the maximum correlation level obtained by two search processes of the primary search process and at least one secondary search process, and a code having the maximum correlation level. The Doppler frequency is estimated based on the phase detection timing interval.

また、この発明は、所定のコードによりスペクトル拡散された信号のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定方法に関するものである。このドップラ周波数推定方法では、予め設定した推定用キャリア周波数において、所定のサーチ範囲に亘り所定のコード位相毎に、スペクトル拡散された信号とコードに基づくレプリカコードとの相関レベルを算出して最大相関レベルとなるコード位相を検出するサーチ処理を複数回実行する。2回のサーチ処理で検出された最大相関レベルとなるコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて、推定キャリア周波数の周波数誤差を算出することでドップラ周波数を推定する。   The present invention also relates to a Doppler frequency estimation method for estimating a Doppler frequency of a signal whose spectrum is spread by a predetermined code. In this Doppler frequency estimation method, a maximum correlation is obtained by calculating a correlation level between a spread spectrum signal and a code-based replica code for each predetermined code phase over a predetermined search range at a preset estimation carrier frequency. A search process for detecting a code phase to be a level is executed a plurality of times. By calculating the frequency error of the estimated carrier frequency based on the code shift amount between the code phases that becomes the maximum correlation level detected in the two search processes and the detection timing interval of the code phase that becomes the maximum correlation level. Estimate the Doppler frequency.

また、この発明のドップラ周波数推定方法では、サーチ処理は、コードの全体をサーチ範囲としてサーチ処理を行う1次サーチ処理と、該1次サーチ処理のサーチ範囲よりも狭いサーチ範囲においてサーチ処理を行う2次サーチ処理と、を有する。1次サーチ処理と2次サーチ処理で得られた最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいてドップラ周波数を推定する。   According to the Doppler frequency estimation method of the present invention, the search processing includes a primary search process in which the entire code is used as a search range, and a search process in a search range narrower than the search range of the primary search process. Secondary search processing. The Doppler frequency is estimated based on the amount of code shift between the code phases of the maximum correlation level obtained by the primary search process and the secondary search process and the detection timing interval of the code phase at the maximum correlation level.

また、この発明のドップラ周波数推定方法では、サーチ処理は、直前のサーチ処理による最大相関レベルのコード位相を中心コード位相とし、直前のサーチ処理のサーチ範囲よりも狭い所定のサーチ範囲においてコード位相毎の相関レベルを取得し、最大相関レベルとなるコード位相を検出する2次サーチ処理を複数回有する。そして、1次サーチ処理と少なくとも1回の2次サーチ処理との内の2回のサーチ処理で得られた最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と、該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいてドップラ周波数を推定する。   In the Doppler frequency estimation method according to the present invention, the search process uses the code phase of the maximum correlation level obtained by the immediately preceding search process as the center code phase, and for each code phase in a predetermined search range narrower than the search range of the immediately preceding search process. The secondary search process is acquired a plurality of times to acquire the correlation level and detect the code phase that becomes the maximum correlation level. Then, the code shift amount between the code phases of the maximum correlation level obtained by the two search processes of the primary search process and at least one secondary search process, and the code phase of the maximum correlation level The Doppler frequency is estimated based on the detection timing interval.

これらの構成および推定方法では、コード位相のシフト量が、サーチ処理の際に設定した推定用キャリア周波数と実際のキャリア周波数との誤差(ドップラ周波数に相当)と、コード位相のシフトに係る時間とに依存することを利用している。この関係を利用し、捕捉モード時における連続する複数回のサーチ処理において、それぞれのサーチ処理での最大相関レベルとなるコード位相の間隔すなわちコード位相のシフト量と、このコード位相のシフトにかかった時間とを検出することで、ドップラ周波数に相当する周波数誤差を算出することができる。   In these configurations and estimation methods, the code phase shift amount includes an error (corresponding to the Doppler frequency) between the estimation carrier frequency and the actual carrier frequency set during the search process, the time required for the code phase shift, It depends on that you depend on. Using this relationship, in multiple consecutive search processes in acquisition mode, the code phase interval that is the maximum correlation level in each search process, that is, the amount of code phase shift, and the code phase shift By detecting the time, a frequency error corresponding to the Doppler frequency can be calculated.

また、この発明のドップラ周波数推定装置の制御部は、2次サーチ処理時に、サーチ範囲を、直前のサーチ処理による最大相関レベルのコード位相から直前のサーチ処理の最後のコード位相までの時間に基づいて設定する。   Further, the control unit of the Doppler frequency estimation apparatus according to the present invention determines the search range based on the time from the code phase of the maximum correlation level by the immediately preceding search process to the last code phase of the immediately preceding search process during the secondary search process. To set.

この構成では、周波数誤差が存在する場合、直前のサーチ処理で最大相関レベルとなるコード位相のタイミングから、今回のサーチ処理の開始のタイミングまでに、コード位相は周波数誤差の大きさに応じてシフトする。このコード位相のシフト量は、周波数誤差が一定であれば、最大相関レベルとなるコード位相のタイミングとこの最大相関レベルのコード位相が得られたサーチ処理の最後のコード位相のタイミングとの時間間隔で決まる。したがって、この時間間隔に基づいて所定のドップラ周波数範囲となるようにコードのサーチ範囲を設定すれば、この時間間隔に基づいたドップラ周波数範囲内で、直前のサーチと同じ最大相関レベルとなるコード位相を確実に検出することができる。そして、このように、連続的に最大相関レベルとなるコード位相を検出できることで、確実に周波数誤差を算出することができる。   In this configuration, if there is a frequency error, the code phase is shifted according to the magnitude of the frequency error from the timing of the code phase at which the maximum correlation level is obtained in the immediately preceding search processing to the timing of the start of the current search processing. To do. If the frequency error is constant, the amount of code phase shift is the time interval between the timing of the code phase at which the maximum correlation level is reached and the timing of the last code phase of the search process in which the code phase at the maximum correlation level was obtained Determined by. Therefore, if the code search range is set to be within the predetermined Doppler frequency range based on this time interval, the code phase having the same maximum correlation level as the previous search within the Doppler frequency range based on this time interval Can be reliably detected. Thus, the frequency error can be calculated reliably by detecting the code phase that continuously has the maximum correlation level.

また、この発明のドップラ周波数推定装置の制御部は、ドップラ周波数が、当該ドップラ周波数の算出に用いた2次サーチ処理で設定するサーチ範囲に対応する周波数範囲から外れる場合に、算出したドップラ周波数を周波数範囲内の値に補正する。   In addition, the control unit of the Doppler frequency estimation device according to the present invention may calculate the calculated Doppler frequency when the Doppler frequency is out of the frequency range corresponding to the search range set in the secondary search process used for calculating the Doppler frequency. Correct to a value within the frequency range.

また、この発明のドップラ周波数推定装置の制御部は、ドップラ周波数の周波数算出誤差範囲が、当該ドップラ周波数の算出に用いた2次サーチ処理で設定するサーチ範囲に対応する周波数範囲から外れる場合に、周波数算出誤差範囲が周波数範囲内となるようにドップラ周波数を補正する。   Further, the control unit of the Doppler frequency estimation device of the present invention, when the frequency calculation error range of the Doppler frequency is out of the frequency range corresponding to the search range set in the secondary search process used for calculating the Doppler frequency, The Doppler frequency is corrected so that the frequency calculation error range is within the frequency range.

これらの構成では、算出したドップラ周波数が所定の算出誤差を含むため、サーチ範囲の設定に利用した周波数範囲から外れる可能性が有ることを鑑みて、当該周波数範囲から外れた場合の処理について規定している。これらの場合、少なくとも周波数誤差が存在することは識別できる。したがって、ドップラ周波数自体が設定した周波数範囲から外れた場合は、周波数範囲内に納まるようにドップラ周波数を補正する。また、ドップラ周波数の算出誤差範囲が、一部でもサーチ範囲に対応する周波数範囲から外れる場合には、この算出誤差範囲全体がサーチ範囲に対応する周波数範囲内に納まるように、ドップラ周波数を補正する。このような補正を行うことで、ドップラ周波数が算出上あり得ない値になることを防止できる。   In these configurations, since the calculated Doppler frequency includes a predetermined calculation error, there is a possibility that the calculated frequency range is out of the frequency range used for setting the search range. ing. In these cases, it can be identified that at least a frequency error exists. Therefore, when the Doppler frequency itself deviates from the set frequency range, the Doppler frequency is corrected so as to be within the frequency range. In addition, when the calculation error range of the Doppler frequency is at least partially out of the frequency range corresponding to the search range, the Doppler frequency is corrected so that the entire calculation error range falls within the frequency range corresponding to the search range. . By performing such correction, it is possible to prevent the Doppler frequency from becoming a value that is impossible in calculation.

また、この発明のドップラ周波数推定装置の制御部は、予め設定した閾値以上の最大相関レベルとなるコード位相のみを検出対象とする。   In addition, the control unit of the Doppler frequency estimation apparatus according to the present invention detects only a code phase having a maximum correlation level equal to or higher than a preset threshold value.

この構成では、上述の最大相関レベルとなるコード位相の検出の具体的な処理を示したものであり、予め設定した閾値を超えた最大相関レベルのみを検出対象としている。これにより、ノイズによる誤検出を抑制することができる。   In this configuration, the specific processing of detecting the code phase having the maximum correlation level described above is shown, and only the maximum correlation level exceeding a preset threshold is set as a detection target. Thereby, erroneous detection due to noise can be suppressed.

また、この発明のドップラ周波数推定装置の制御部は、1次サーチの中心コード位相と当該1次サーチの直後の2次サーチの中心コード位相を用いて、周波数誤差を算出する。   The control unit of the Doppler frequency estimation apparatus according to the present invention calculates the frequency error using the center code phase of the primary search and the center code phase of the secondary search immediately after the primary search.

この構成も、具体的な処理を示したものであり、複数回のサーチ処理の内の1次サーチと、その直後の2次サーチ(2次サーチが複数回ある場合の最初の2次サーチ)とを用いる。1次サーチから連続する複数回の2次サーチで実行される上述のサーチ処理では、サーチ範囲を徐々に狭めていくので、最初のサーチほどサーチ時間がかかる。   This configuration also shows a specific process, and a primary search in a plurality of search processes and a secondary search immediately thereafter (the first secondary search when there are a plurality of secondary searches). And are used. In the above-described search processing executed in a plurality of secondary searches that are continued from the primary search, the search range is gradually narrowed, and therefore the search time is longer for the first search.

ここで、ドップラ周波数に相当する周波数誤差の算出は、当該ドップラ周波数を利用する後述の測位信号捕捉追尾装置および測位装置であって、Galileo用の装置の場合、次の(式1)を用いて行われる。(式1)において、Derrは周波数誤差、Cmoveは直前のサーチ処理の最大相関レベルのコード位相から今回のサーチ処理の最大相関レベルのコード位相との間のコードシフト量、tbは直前のサーチ処理における最大相関レベルのコード位相のタイミングから直前のサーチ処理の最後のコード位相のタイミングまでの時間長、tnは今回のサーチ処理の開始タイミングから今回のサーチ処理の最大相関レベルのコード位相のタイミングまでの時間長、である。   Here, the calculation of the frequency error corresponding to the Doppler frequency is a positioning signal acquisition and tracking device and a positioning device, which will be described later, using the Doppler frequency. In the case of a device for Galileo, the following (Equation 1) is used. Done. In (Expression 1), Derr is the frequency error, Cmove is the code shift amount between the code phase of the maximum correlation level of the immediately preceding search process and the code phase of the maximum correlation level of the current search process, and tb is the immediately preceding search process. , The time length from the code phase timing of the maximum correlation level to the timing of the last code phase of the immediately preceding search process, tn from the start timing of the current search process to the code phase timing of the maximum correlation level of the current search process Is the length of time.

Derr=−1540×Cmove/(tb+tn) −(式1)
したがって、二つのサーチ処理での時間長が長く、この間のコード位相のシフト量が大きくなるほどドップラ周波数の分解能を向上させることができる。
Derr = −1540 × Cmove / (tb + tn) − (Formula 1)
Therefore, the resolution of the Doppler frequency can be improved as the time length of the two search processes is longer and the code phase shift amount between them is larger.

図7は、二つのサーチ処理から得られる時間長(tb+tn)と、算出されるドップラ周波数の最大誤差すなわち分解能との関係を示す図である。図7に示すように、時間長(tb+tn)が長いほど、最大誤差が小さくなり分解能が高くなる。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the time length (tb + tn) obtained from the two search processes and the maximum error of the calculated Doppler frequency, that is, the resolution. As shown in FIG. 7, the longer the time length (tb + tn), the smaller the maximum error and the higher the resolution.

このため、1次サーチとこの直後の2次サーチを用いれば、他のサーチの組み合わせを用いるよりも、比較的に高い分解能でドップラ周波数を算出することができる。特に、C/Noが低い状況では、上述のサーチ処理に時間がかかるため、より分解能を高くすることができる。これにより、C/Noが低いような状況であれば、従来とは逆に、高精度にドップラ周波数を推定することができる。この結果、測位装置としては、受信環境が悪い状況であっても、高精度な初期キャリア周波数を設定することができるので、確実且つ高精度なコード追尾およびキャリア周波数追尾を実現することができる。   For this reason, if the primary search and the secondary search immediately thereafter are used, the Doppler frequency can be calculated with a relatively high resolution compared to the case of using a combination of other searches. In particular, in the situation where C / No is low, the above-described search process takes time, so that the resolution can be further increased. Thus, in a situation where C / No is low, the Doppler frequency can be estimated with high accuracy, contrary to the conventional case. As a result, since the positioning device can set a highly accurate initial carrier frequency even in a situation where the reception environment is bad, reliable and highly accurate code tracking and carrier frequency tracking can be realized.

また、この発明は、上述のドップラ周波数推定装置を有する測位信号捕捉追尾装置に関するものである。そして、制御部は、スペクトル拡散された信号である測位信号のコードを捕捉する処理をドップラ周波数の推定に利用するサーチ処理で行うコード捕捉モードと、測位信号のコードを追尾するコード追尾モードと、測位信号のキャリア周波数を追尾するキャリア追尾モードとを設定し、コード捕捉モードにおけるコード捕捉結果に基づいてコード捕捉モードから、コード追尾モードおよびキャリア追尾モードに切り替える。   The present invention also relates to a positioning signal acquisition and tracking device having the above-described Doppler frequency estimation device. Then, the control unit is a code acquisition mode for performing a search process that uses a process for capturing a code of a positioning signal that is a spread spectrum signal for estimation of a Doppler frequency, a code tracking mode for tracking a code of a positioning signal, A carrier tracking mode for tracking the carrier frequency of the positioning signal is set, and the code acquisition mode is switched to the code tracking mode and the carrier tracking mode based on the code acquisition result in the code acquisition mode.

さらに、制御部は、コード捕捉モードにおける新たなサーチ範囲がコードの所定chip未満になると、コード捕捉モードからコード追尾モードおよびキャリア追尾モードへ切り替える。制御部は、コード追尾モードでは、コード捕捉モードからコード追尾モードへ切り替わる際のサーチ処理により検出されたコード位相を用いてコード追尾を開始させる。この処理とともに、制御部は、キャリア追尾モードでは、推定部で推定されたドップラ周波数に基づく初期キャリア周波数を初期値としてキャリア周波数の追尾を開始させる。   Furthermore, when the new search range in the code acquisition mode is less than a predetermined code chip, the control unit switches from the code acquisition mode to the code tracking mode and the carrier tracking mode. In the code tracking mode, the control unit starts code tracking using the code phase detected by the search process when switching from the code capturing mode to the code tracking mode. Along with this processing, in the carrier tracking mode, the control unit starts tracking the carrier frequency with the initial carrier frequency based on the Doppler frequency estimated by the estimation unit as an initial value.

この構成では、上述のドップラ周波数推定装置の構成を含むことで、確実且つ比較的高精度なドップラ周波数が得られるので、当該ドップラ周波数からキャリア追尾用の初期キャリア周波数を算出して、キャリア追尾部に与えることができる。これにより、キャリア追尾部では、初期状態から比較的高精度にキャリア周波数を推定することができ、確実且つ正確なキャリア追尾が可能にとなる。これに伴い、特に連結型コード・キャリア追尾ループ処理を行う場合であれば、コード位相の追尾にキャリア追尾結果がフィードバックされるので、確実且つ正確なコード追尾も可能になる。   In this configuration, since the Doppler frequency estimation device described above is included, a reliable and relatively highly accurate Doppler frequency can be obtained. Thus, an initial carrier frequency for carrier tracking is calculated from the Doppler frequency, and a carrier tracking unit is obtained. Can be given to. As a result, the carrier tracking unit can estimate the carrier frequency with relatively high accuracy from the initial state, and enables reliable and accurate carrier tracking. Along with this, particularly in the case of performing the concatenated code carrier tracking loop processing, the carrier tracking result is fed back to the tracking of the code phase, so that reliable and accurate code tracking is also possible.

また、この発明の測位装置は、上述の測位信号捕捉追尾装置を備えるとともに、復調部、航法メッセージ取得部、および測位部を備える。復調部は、コード追尾モードでのコード位相差やキャリア追尾モードでのキャリア周波数に基づいて擬似距離を算出する。航法メッセージ取得部は、該復調部で復調された測位信号から航法メッセージを取得する。測位部は、擬似距離と航法メッセージとを用いて測位演算を行う。   In addition, the positioning device of the present invention includes the positioning signal acquisition and tracking device described above, and also includes a demodulation unit, a navigation message acquisition unit, and a positioning unit. The demodulation unit calculates the pseudo distance based on the code phase difference in the code tracking mode and the carrier frequency in the carrier tracking mode. The navigation message acquisition unit acquires a navigation message from the positioning signal demodulated by the demodulation unit. The positioning unit performs a positioning calculation using the pseudo distance and the navigation message.

この構成では、上述のように、高精度でキャリア周波数とコード位相とを追尾することができるので、高精度な測位を行うことができる。   In this configuration, as described above, since the carrier frequency and the code phase can be tracked with high accuracy, it is possible to perform highly accurate positioning.

この発明によれば、捕捉したスペクトル拡散信号のキャリア周波数に含まれるドップラ周波数を高精度に設定できる。これにより、スペクトル拡散信号である測位信号に対して、捕捉モードから追尾モードへ切り替わる際の初期キャリア周波数を高精度に設定できるので、正確なコード位相追尾およびキャリア周波数追尾を確実に実行できる。この際、コード位相の検出は通常のサーチ処理で行うことであり、ドップラ周波数の算出が簡素な演算処理で済むので、複雑な回路構成や複雑な演算処理を行う必要もなく、簡素な構成且つ低負荷な処理で、正確なコード位相追尾およびキャリア周波数追尾を確実に開始させることができる。   According to the present invention, the Doppler frequency included in the carrier frequency of the captured spread spectrum signal can be set with high accuracy. Thereby, since the initial carrier frequency at the time of switching from the acquisition mode to the tracking mode can be set with high accuracy for the positioning signal which is a spread spectrum signal, accurate code phase tracking and carrier frequency tracking can be reliably executed. At this time, the code phase is detected by a normal search process, and the calculation of the Doppler frequency can be performed by a simple calculation process. Therefore, it is not necessary to perform a complicated circuit configuration or a complicated calculation process. Accurate code phase tracking and carrier frequency tracking can be reliably started with low-load processing.

本発明の実施形態に係る測位信号捕捉追尾装置に相当する復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the positioning apparatus containing the demodulation part corresponded to the positioning signal acquisition tracking apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す復調部13の主要構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the demodulation part 13 shown in FIG. ドップラ周波数の算出フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation flow of a Doppler frequency. ドップラ周波数の算出原理を示す図である。It is a figure which shows the calculation principle of a Doppler frequency. 周波数誤差Derrの各補正処理の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of each correction process of frequency error Derr. Galileoにおいて受信環境のC/No=35[dB−Hz]における周波数推定の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the frequency estimation in C / No = 35 [dB-Hz] of reception environment in Galileo. 二つのサーチ処理から得られる時間長(tb+tn)と、算出されるドップラ周波数の最大誤差すなわち分解能との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the time length (tb + tn) obtained from two search processes, and the maximum error of the calculated Doppler frequency, ie, resolution | decomposability.

本発明の実施形態に係る測位信号捕捉装置、測位信号捕捉追尾装置および測位装置の構成について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、Galileoの場合を例として説明を行うが、GPS等のGNSSの他のシステムにおける測位信号捕捉装置、測位信号捕捉追尾装置および測位装置に対しても、以下の構成を適用することができる。   Configurations of a positioning signal acquisition device, a positioning signal acquisition tracking device, and a positioning device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the case of Galileo will be described as an example. However, the following configuration is also applied to a positioning signal acquisition device, a positioning signal acquisition tracking device, and a positioning device in other systems of GNSS such as GPS. can do.

図1は、本実施形態に係る測位信号捕捉追尾装置に相当する復調部を含む測位装置の概略構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a positioning device including a demodulator corresponding to the positioning signal acquisition and tracking device according to the present embodiment.

測位装置は、測位信号受信アンテナ11、ダウンコンバータ12、本発明の測位信号捕捉装置およびこれを有する測位信号捕捉追尾装置を含む復調部13、航法メッセージ取得部14、測位部15を備える。測位信号受信アンテナ11は、Galileo衛星から送信される測位用の電波信号を受信して、電気信号変換した測位信号をダウンコンバータ12へ出力する。測位信号は、所定周波数からなる搬送波を、測位衛星毎に設定されたコードと航法メッセージによりスペクトル拡散した信号である。ダウンコンバータ12は、測位信号の周波数をダウンコンバートして、所定周波数からなる中間周波数信号(以下、「IF信号」と称する。)を生成し、復調部13へ与える。   The positioning device includes a positioning signal receiving antenna 11, a down converter 12, a demodulating unit 13 including a positioning signal capturing device of the present invention and a positioning signal capturing and tracking device having the positioning signal capturing device, a navigation message acquiring unit 14, and a positioning unit 15. The positioning signal receiving antenna 11 receives a positioning radio signal transmitted from the Galileo satellite, and outputs a positioning signal obtained by converting the electrical signal to the down converter 12. The positioning signal is a signal obtained by spectrum-spreading a carrier wave having a predetermined frequency using a code set for each positioning satellite and a navigation message. The down-converter 12 down-converts the frequency of the positioning signal to generate an intermediate frequency signal (hereinafter referred to as “IF signal”) having a predetermined frequency, and supplies it to the demodulator 13.

復調部13は、スペクトル拡散されたIF信号に対してキャリア相関およびコード相関を行い、これら相関処理後の信号を所定時間長に亘り積算することで、逆拡散を行う。ここで、キャリア相関とコード相関とが高精度に行われていれば、この逆拡散信号には航法メッセージのみが重畳された状態になる。   The demodulator 13 performs carrier correlation and code correlation on the spread spectrum IF signal, and performs despreading by integrating the signals after the correlation processing over a predetermined time length. Here, if the carrier correlation and the code correlation are performed with high accuracy, only the navigation message is superimposed on the despread signal.

復調部13は、捕捉モード時には、予め設定したサーチ用キャリア周波数を用いて、コード位相を概略的に捕捉するサーチ処理を実行する。このサーチ処理は、直前のサーチ結果に基づいて徐々にサーチ範囲を狭めながら複数回実行され、新たなサーチ範囲が所定chip範囲(例えば1chip)内になると、捕捉モードから追尾モードへ移行する。この捕捉モード中に、復調部13は、後述する方法によりドップラ周波数を推定算出し、この推定算出したドップラ周波数を用いてキャリア追尾時の初期キャリア周波数を設定する。   In the acquisition mode, the demodulator 13 performs a search process for roughly acquiring the code phase using a preset search carrier frequency. This search process is executed a plurality of times while gradually narrowing the search range based on the previous search result, and when the new search range falls within a predetermined chip range (for example, 1 chip), the mode shifts from the capture mode to the tracking mode. During this acquisition mode, the demodulator 13 estimates and calculates the Doppler frequency by a method described later, and sets the initial carrier frequency during carrier tracking using the estimated and calculated Doppler frequency.

復調部13は、上述のコード位相のサーチ処理を行った後に、サーチ結果であるコード位相と初期キャリア周波数に基づいて、連結型コード・キャリア追尾ループ処理を実行する。ここで、簡単に連結型コード・キャリア追尾ループ処理とは、位相同期型DLL処理に対応するものであり、コード追尾部33がコード位相追尾を行い、キャリア追尾部34がキャリア周波数追尾を行う際に、キャリア追尾部34によって算出されたキャリア周波数をコード追尾部33にフィードバックして、コード追尾処理に利用する追尾処理方法である。   After performing the above-described code phase search process, the demodulator 13 performs a concatenated code carrier tracking loop process based on the code phase and the initial carrier frequency that are search results. Here, the simple concatenated code / carrier tracking loop process corresponds to the phase-synchronized DLL process. When the code tracking unit 33 performs code phase tracking and the carrier tracking unit 34 performs carrier frequency tracking. In addition, this is a tracking processing method in which the carrier frequency calculated by the carrier tracking unit 34 is fed back to the code tracking unit 33 and used for the code tracking process.

復調部13は、定常追尾に成功すると、得られたコード位相及びキャリア周波数情報によってIF信号を逆拡散処理して航法メッセージ取得部14へ与えるとともに、得られたコード位相及びキャリア周波数情報から擬似距離等を算出して測位部15へ与える。   When the steady tracking is successful, the demodulator 13 despreads the IF signal with the obtained code phase and carrier frequency information and gives it to the navigation message acquisition unit 14, and the pseudo distance is obtained from the obtained code phase and carrier frequency information. Are calculated and given to the positioning unit 15.

航法メッセージ取得部14は、復調部13からの航法メッセージが重畳された逆拡散信号に基づいて航法メッセージを取得し、測位部15に与える。   The navigation message acquisition unit 14 acquires a navigation message based on the despread signal on which the navigation message from the demodulation unit 13 is superimposed, and provides the navigation unit 15 with the navigation message.

測位部15は、航法メッセージ取得部14からの航法メッセージと、復調部13からの擬似距離やキャリア周波数情報等に基づいて測位演算を行い、測位装置の位置を算出する。   The positioning unit 15 performs a positioning calculation based on the navigation message from the navigation message acquisition unit 14, the pseudo distance from the demodulation unit 13, carrier frequency information, and the like, and calculates the position of the positioning device.

次に、復調部13の構成について、図2、図3、図4を参照して具体的に説明する。
図2は図1に示した復調部13の主要構成を示すブロック図である。図3はドップラ周波数の算出フローを示すフローチャートである。図4はドップラ周波数の算出原理を示す図である。
Next, the configuration of the demodulation unit 13 will be specifically described with reference to FIGS. 2, 3, and 4.
FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of the demodulator 13 shown in FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a calculation flow of the Doppler frequency. FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of calculating the Doppler frequency.

復調部13は、相関器31、積算部32、コード追尾部33、キャリア追尾部34、制御部35、擬似距離算出部36、および推定部37を備える。   The demodulating unit 13 includes a correlator 31, an integrating unit 32, a code tracking unit 33, a carrier tracking unit 34, a control unit 35, a pseudo distance calculation unit 36, and an estimation unit 37.

相関器31は、上述のようにIF信号に対して相関処理を行う。相関器31は、キャリア相関器と、コード相関器と、レプリカキャリア周波数信号生成部と、レプリカコード信号生成部とを備える。   The correlator 31 performs correlation processing on the IF signal as described above. The correlator 31 includes a carrier correlator, a code correlator, a replica carrier frequency signal generation unit, and a replica code signal generation unit.

捕捉モード時には、相関器31は、予め制御部35により設定されたサーチ用キャリア周波数情報に基づいてレプリカキャリア周波数信号を生成する。また、相関器31は、制御部35によって制御されたコード追尾部33のコードNCO330からのコード情報に基づいて所定のコード位相からなるレプリカコード信号を生成し、コード相関器で相関を行う。このサーチ処理は、制御部35から切替制御信号が入力されるまで、サーチの中心コード位相およびサーチ範囲を変更しながら、繰り返し行われる。相関器31は、切替制御信号を制御部35から受け付けると、追尾用の相関処理に切り替える。   In the acquisition mode, the correlator 31 generates a replica carrier frequency signal based on the search carrier frequency information set in advance by the control unit 35. Further, the correlator 31 generates a replica code signal having a predetermined code phase based on the code information from the code NCO 330 of the code tracking unit 33 controlled by the control unit 35, and performs correlation using the code correlator. This search process is repeatedly performed while changing the center code phase and search range of the search until a switching control signal is input from the control unit 35. When the correlator 31 receives the switching control signal from the control unit 35, the correlator 31 switches to the correlation processing for tracking.

追尾モード時には、相関器31は、連結型コード・キャリア追尾ループ処理に基づく、コード追尾部33から出力されたコード情報に基づいてレプリカコード信号を生成し、キャリア追尾部34から出力されたキャリア周波数情報に基づいてレプリカキャリア周波数信号を生成する。相関器31のキャリア相関器はIF信号とレプリカキャリア周波数信号とのキャリア相関処理を行い、コード相関器はキャリア相関後のIF信号とレプリカコード信号とのコード相関処理を行う。   In the tracking mode, the correlator 31 generates a replica code signal based on the code information output from the code tracking unit 33 based on the concatenated code carrier tracking loop process, and the carrier frequency output from the carrier tracking unit 34 A replica carrier frequency signal is generated based on the information. The carrier correlator of the correlator 31 performs carrier correlation processing between the IF signal and the replica carrier frequency signal, and the code correlator performs code correlation processing between the IF signal after carrier correlation and the replica code signal.

積算部32は、上述のように追尾モードにおける相関処理後の信号を所定時間長、例えば1[msec.]に亘り積算することで、逆拡散信号を生成する。逆拡散信号は、航法メッセージ取得部14へ与えられるとともに、コード追尾部33、キャリア追尾部34へも与えられる。   As described above, the integrating unit 32 applies the signal after the correlation processing in the tracking mode to a predetermined time length, for example, 1 [msec. ] To generate a despread signal. The despread signal is given to the navigation message acquisition unit 14 and also to the code tracking unit 33 and the carrier tracking unit 34.

制御部35は、具体的な処理は後述するが、概略的に、捕捉モード時には、予め設定したサーチ用キャリア周波数で、1次サーチ処理と少なくとも1回の2次サーチ処理とを設定する。制御部35は、1次サーチ処理では、測位信号に用いられているコードの全体に亘り、所定のコード位相差毎にコード相関処理を行うように相関器31を制御する。また、制御部35は、2次サーチ処理では、相関器31から出力される直前のサーチ処理による相関データに基づいて、相関器31に対して今回のサーチ処理の中心コード位相およびサーチ範囲を設定する。なお、制御部35は、上述の1次サーチ処理および2次サーチ処理では、コードNCO330に対してサーチ範囲および中心コード位相に応じたコード位相情報を生成する制御を行うことで、相関器31に対するサーチ処理の中心コード位相およびサーチ範囲を設定する。   Although specific processing will be described later, the control unit 35 roughly sets a primary search process and at least one secondary search process at a preset search carrier frequency in the acquisition mode. In the primary search process, the control unit 35 controls the correlator 31 so that the code correlation process is performed for each predetermined code phase difference over the entire code used in the positioning signal. In the secondary search process, the control unit 35 sets the center code phase and search range of the current search process for the correlator 31 based on the correlation data obtained by the search process immediately before being output from the correlator 31. To do. In the above-described primary search process and secondary search process, the control unit 35 controls the code NCO 330 to generate code phase information corresponding to the search range and the center code phase, so that the correlator 31 is controlled. Set the center code phase and search range of the search process.

制御部35は、相関器31から出力されるサーチ結果に基づいて捕捉モードから追尾モードへの切替タイミングを検出して、切替制御信号を相関器31へ出力する。   The control unit 35 detects the switching timing from the acquisition mode to the tracking mode based on the search result output from the correlator 31 and outputs a switching control signal to the correlator 31.

推定部37は、捕捉モード中に、相関器31から出力される複数回のサーチ処理における最大相関レベルとなるコード位相と当該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミングとを取得し、これらコード位相の差と検出タイミングの間隔とからドップラ周波数に相当する周波数誤差Derrを算出する。推定部37は、制御部35から追尾モードへの切り替わりのタイミングを取得すると、当該タイミングで算出したドップラ周波数を制御部35へ与える。   The estimation unit 37 acquires the code phase that is the maximum correlation level and the detection timing of the code phase that is the maximum correlation level in a plurality of search processes output from the correlator 31 during the acquisition mode, and these code phases A frequency error Derr corresponding to the Doppler frequency is calculated from the difference between the two and the detection timing interval. When the estimation unit 37 acquires the timing of switching from the control unit 35 to the tracking mode, the estimation unit 37 gives the Doppler frequency calculated at the timing to the control unit 35.

制御部35は、推定部35からのドップラ周波数とサーチ用キャリア周波数とを用いて初期キャリア周波数を設定し、捕捉モードから追尾モードへの切替タイミングに、キャリア追尾部34へ与える。   The control unit 35 sets an initial carrier frequency using the Doppler frequency and the search carrier frequency from the estimation unit 35, and gives the carrier tracking unit 34 with the switching timing from the acquisition mode to the tracking mode.

コード追尾部33は、コードNCO330、コード位相差検出部331、第1単位変換部332、第1増幅部333、第2増幅部334、積算部335、加算器336、第2単位変換部337を備える。コード追尾部33は、コードNCO330を除き、捕捉モードでは動作せず、追尾モードに切り替わった後に全体が動作する。   The code tracking unit 33 includes a code NCO 330, a code phase difference detection unit 331, a first unit conversion unit 332, a first amplification unit 333, a second amplification unit 334, an integration unit 335, an adder 336, and a second unit conversion unit 337. Prepare. The code tracking unit 33 does not operate in the capture mode except for the code NCO 330, and operates as a whole after switching to the tracking mode.

コード位相差検出部331は、逆拡散信号に含まれるコード位相差、すなわち、コードNCO330のコード情報に基づいて生成されたレプリカコード信号とIF信号とのコード位相差を検出して、第1単位変換部332へ与える。第1単位変換部332は、コードチップ単位を基準にしたコード位相差から、時間単位のコード位相差に単位変換して、第1増幅部333、第2増幅部334および周波数推定部339へ出力する。   The code phase difference detection unit 331 detects the code phase difference included in the despread signal, that is, the code phase difference between the replica code signal generated based on the code information of the code NCO 330 and the IF signal, and the first unit This is given to the conversion unit 332. The first unit conversion unit 332 converts the code phase difference based on the code chip unit into a code phase difference in time unit, and outputs the code phase difference to the first amplification unit 333, the second amplification unit 334, and the frequency estimation unit 339. To do.

第1増幅部333は、コード位相差のベースバンド成分を出力し、第2増幅部334はコード位相に対するコードドップラ成分を出力するようにゲイン設定される。第1増幅部333から得られたコード位相差は、加算器336に入力される。一方、第2増幅部334から得られたコード位相差は、積算部335へ入力される。   The first amplifying unit 333 outputs a baseband component of the code phase difference, and the second amplifying unit 334 is set to gain so as to output a code Doppler component with respect to the code phase. The code phase difference obtained from the first amplifying unit 333 is input to the adder 336. On the other hand, the code phase difference obtained from the second amplifying unit 334 is input to the integrating unit 335.

積算部335は、第2増幅部334から得られたコード位相差を順次積算していく。ここで、積算部335に積算されていくコード位相差は、測位衛星の移動等により生じるコードドップラ成分である。したがって、これらを積算していくことで、コードドップラ成分が積算されていくことになるので、結果的に順次変化するキャリア周波数の変化量を積算していくことに相当する処理を行うことができる。そして、このコード位相差の積算値は、キャリア追尾部34の第4単位変換部343へ与えられる。   The accumulating unit 335 sequentially accumulates the code phase differences obtained from the second amplifying unit 334. Here, the code phase difference accumulated in the accumulating unit 335 is a code Doppler component generated by the movement of the positioning satellite or the like. Therefore, by integrating these, the code Doppler component is integrated, and as a result, processing corresponding to integrating the amount of change in the carrier frequency that sequentially changes can be performed. . The integrated value of the code phase difference is given to the fourth unit conversion unit 343 of the carrier tracking unit 34.

加算器336は、キャリア追尾部34の第3単位変換部342から得られる時間単位に変換されたキャリア周波数情報(下記のキャリア追尾部34の説明部参照)と、第1増幅部333を介したベースバンド成分のコード位相差とを加算して、第2単位変換部337へ出力する。   The adder 336 transmits the carrier frequency information (refer to the description section of the carrier tracking section 34 below) converted to the time unit obtained from the third unit conversion section 342 of the carrier tracking section 34 and the first amplification section 333. The code phase difference of the baseband component is added and output to the second unit converter 337.

第2単位変換部337は、時間単位のコード位相差をコードチップ単位のコード位相差に変換して、コードNCO330へ与える。   The second unit conversion unit 337 converts the code phase difference in units of time into code phase differences in units of code chips and provides the code NCO 330 with the code phase difference.

コードNCO330は、追尾モード時には、与えられたコード位相差に基づいて、次のタイミングにおけるレプリカコード信号を生成するためのコード位相情報を生成し、相関器31へ出力する。なお、コードNCO330は、捕捉モード時には、上述のように制御部35から与えられるコード制御に基づいて、コード位相情報を生成する。   In the tracking mode, the code NCO 330 generates code phase information for generating a replica code signal at the next timing based on the given code phase difference, and outputs the code phase information to the correlator 31. The code NCO 330 generates code phase information based on the code control given from the control unit 35 as described above in the acquisition mode.

キャリア追尾部34は、キャリア追尾実行部341と第3単位変換部342と第4単位変換部343とを備える。   The carrier tracking unit 34 includes a carrier tracking execution unit 341, a third unit conversion unit 342, and a fourth unit conversion unit 343.

第4単位変換部343は、コード追尾部33の積算部335からのコード位相差の積算値を、時間単位から周波数単位へと変換してキャリア追尾実行部341へ与える。   The fourth unit conversion unit 343 converts the integrated value of the code phase difference from the integration unit 335 of the code tracking unit 33 from a time unit to a frequency unit, and provides the carrier tracking execution unit 341 with it.

キャリア追尾実行部341は、キャリアNCOやキャリア差検出部等の既知の構成からなり、キャリア追尾に関する各種処理を行い、キャリア周波数情報を相関器31へ出力する。キャリア追尾実行部341は、捕捉モード時には動作せず、追尾モードに切り替わった時点からキャリア追尾を開始する。   The carrier tracking execution unit 341 has a known configuration such as a carrier NCO and a carrier difference detection unit, performs various processes related to carrier tracking, and outputs carrier frequency information to the correlator 31. The carrier tracking execution unit 341 does not operate in the acquisition mode and starts carrier tracking from the time when the mode is switched to the tracking mode.

なお、キャリア追尾の開始時点では、キャリア追尾実行部341は、制御部35から与えられた初期キャリア周波数に準じてキャリア追尾を開始する。これにより、初期状態から、比較的高精度なキャリア周波数でキャリア追尾を開始することができるので、確実且つ高精度なキャリア追尾を行うことができる。   At the start of carrier tracking, the carrier tracking execution unit 341 starts carrier tracking according to the initial carrier frequency given from the control unit 35. Thereby, since carrier tracking can be started with a relatively high accuracy carrier frequency from the initial state, carrier tracking can be performed reliably and with high accuracy.

そして、キャリア追尾実行部341は、算出したキャリア周波数情報を相関器31、第3単位変換部342、測位部15へ出力する。   Then, the carrier tracking execution unit 341 outputs the calculated carrier frequency information to the correlator 31, the third unit conversion unit 342, and the positioning unit 15.

第3単位変換部342は、キャリア追尾実行部341により得られるキャリア周波数情報を時間の変化率、つまり時間単位へと変換して、コード追尾部33の加算器336へ与える。この際、第3単位変換部342は追尾を行うコードに応じた変換率で変換を行う。このような構成とすることで、コード追尾部33、キャリア追尾部34、相関器31、積算部32からなる連結型コード・キャリア追尾ループが構成され、コード位相とキャリア周波数を並行して、追尾初期状態から高精度に追尾することができる。   The third unit conversion unit 342 converts the carrier frequency information obtained by the carrier tracking execution unit 341 into a change rate of time, that is, a time unit, and provides the same to the adder 336 of the code tracking unit 33. At this time, the third unit conversion unit 342 performs conversion at a conversion rate according to the code to be tracked. With such a configuration, a concatenated code carrier tracking loop including the code tracking unit 33, the carrier tracking unit 34, the correlator 31, and the accumulating unit 32 is configured, and the code phase and the carrier frequency are tracked in parallel. It is possible to track with high accuracy from the initial state.

擬似距離算出部36は、コード追尾部33からのコード位相差やキャリア追尾部34のキャリア周波数情報等に基づいて擬似距離を算出して、測位部15へ与える。   The pseudo distance calculation unit 36 calculates a pseudo distance based on the code phase difference from the code tracking unit 33, the carrier frequency information of the carrier tracking unit 34, and the like, and provides the pseudo distance to the positioning unit 15.

次に、図3および図4を用いて、捕捉モード(サーチ処理)時に実行されるドップラ周波数の算出方法および初期キャリア周波数の算出方法と、捕捉モードから追尾モードへの切替タイミングの検出方法とについて、具体的に説明する。なお、以下の説明では、図3に示すフローチャートを主として説明する。   Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, a Doppler frequency calculation method and an initial carrier frequency calculation method executed in the acquisition mode (search process), and a detection method of the switching timing from the acquisition mode to the tracking mode will be described. This will be described in detail. In the following description, the flowchart shown in FIG. 3 will be mainly described.

まず、制御部35は、相関器31に対して、予め設定した固定値からなるサーチ用キャリア周波数fsを設定する(S101)。ここで、サーチ用キャリア周波数fsには、ドップラ周波数が含まれていないものと仮定する。すなわち、ドップラ周波数は「0」であると設定しておく。   First, the control unit 35 sets a search carrier frequency fs consisting of a preset fixed value to the correlator 31 (S101). Here, it is assumed that the search carrier frequency fs does not include a Doppler frequency. That is, the Doppler frequency is set to “0”.

相関器31は、与えられたサーチ用キャリア周波数fsで、コード相関処理を実行して、コード相関データを取得する(S102)。この際、制御部35は、まず、1次サーチとして、対象とする測位信号に用いられているコードの全コード範囲をサーチ範囲に設定し、0.25chipのコード位相差毎にコード相関データを取得する(図4の1次サーチ参照)。   The correlator 31 performs code correlation processing at the given search carrier frequency fs to obtain code correlation data (S102). At this time, the control unit 35 first sets, as a primary search, the entire code range of the code used in the target positioning signal as the search range, and obtains code correlation data for each code phase difference of 0.25 chip. Obtain (see primary search in FIG. 4).

制御部35は、サーチ範囲の全てのコード相関データから最大値を取得し、当該最大のコード相関データが、予め設定した1次サーチ用検出閾値以上であれば、1次サーチ処理を終了し、2次サーチ処理に移行する(S103:Yes)。このように検出閾値を設定することで、例えばノイズ等により誤ったコード位相で最大のコード相関データになっても、このようなノイズによる相関データのピークレベルは、一般に真のコード相関データのピークレベルよりも高くないので、誤ったコード位相を検出することを抑制できる。   The control unit 35 acquires the maximum value from all the code correlation data in the search range, and ends the primary search process if the maximum code correlation data is equal to or greater than a preset primary search detection threshold. The process proceeds to the secondary search process (S103: Yes). By setting the detection threshold in this way, the peak level of correlation data due to such noise is generally the peak level of true code correlation data even when the maximum code correlation data is obtained with an incorrect code phase due to noise or the like. Since it is not higher than the level, detection of an incorrect code phase can be suppressed.

制御部35は、1次サーチ処理の最大のコード相関データとなるコード位相を記憶するとともに、当該最大のコード相関データとなるコード位相から、1次サーチ処理の最後のコード相関処理を行うコード位相までの時間間隔t1を記憶する。また、制御部35は、最大のコード相関データとなるコード位相から、最後のコード相関処理を行うコード位相までのコード位相シフト量Cmove1を検出して記憶する(図4の1次サーチ参照)。   The control unit 35 stores the code phase that is the maximum code correlation data of the primary search process, and performs the last code correlation process of the primary search process from the code phase that is the maximum code correlation data The time interval t1 until is stored. In addition, the control unit 35 detects and stores the code phase shift amount Cmove1 from the code phase serving as the maximum code correlation data to the code phase for performing the last code correlation process (see the primary search in FIG. 4).

一方、制御部35は、最大のコード相関データが1次サーチ用検出閾値に達しなければ、サーチ用キャリア周波数fsを所定周波数(例えば、ドップラ周波数の推定誤差範囲を±500[Hz]とすれば±1000[Hz])シフトさせて、再度、コード全体をサーチ範囲とする上述の1次サーチ処理を行う(S103:No→S101)。   On the other hand, if the maximum code correlation data does not reach the primary search detection threshold, the control unit 35 sets the search carrier frequency fs to a predetermined frequency (for example, the estimated error range of the Doppler frequency is ± 500 [Hz]). The above-described primary search process is performed again with the entire code as the search range (S103: No → S101).

制御部35は、1次サーチ処理で得られた最大のコード相関データとなるコード位相を、第1回2次サーチ処理の中心コード位相に設定するとともに、時間間隔t1に基づいて、1次サーチ処理で設定したサーチ用キャリア周波数fsに対して、実際のキャリア周波数が所定周波数範囲でずれていても、最大のコード相関データとなるコード位相を、今回(第1回)の2次サーチ処理で検出できるように、サーチ範囲を設定する(S104)。具体的には、Galileoのシステムにおいて、、±500[Hz]のドップラ周波数の推定ずれ(キャリア周波数の推定ずれ)を想定した場合、図4の第1回2次サーチに記載しているようにドップラシフトによるコード位相ずれの関係式から、第1回2次サーチ処理のサーチ範囲は、
(1000[Hz]×t1/1540)[chip] −(式1)
にて設定する。
The control unit 35 sets the code phase, which is the maximum code correlation data obtained in the primary search process, as the center code phase of the first secondary search process, and performs the primary search based on the time interval t1. Even if the actual carrier frequency is deviated in the predetermined frequency range with respect to the search carrier frequency fs set in the processing, the code phase that becomes the maximum code correlation data is obtained in the current (first) secondary search processing. A search range is set so that it can be detected (S104). Specifically, in the Galileo system, assuming an estimated deviation of Doppler frequency of ± 500 [Hz] (estimated deviation of carrier frequency), as described in the first secondary search in FIG. From the relational expression of the code phase shift due to Doppler shift, the search range of the first secondary search process is
(1000 [Hz] × t 1/1540) [chip] − (Formula 1)
Set with.

制御部35が、第1回2次サーチ処理の中心コード位相とサーチ範囲を設定すると、相関器31は、直前の1次サーチ処理と同じサーチ用キャリア周波数fsで、コード相関処理を実行して、上述の1次サーチ処理と同様に0.25[chip]のコード位相差毎にコード相関データを取得する(S105)。   When the control unit 35 sets the center code phase and the search range of the first secondary search process, the correlator 31 executes the code correlation process at the same search carrier frequency fs as the immediately preceding primary search process. Similarly to the above-described primary search process, code correlation data is acquired for each code phase difference of 0.25 [chip] (S105).

制御部35は、今回のサーチ範囲の全てのコード相関データから最大値を取得し、当該最大のコード相関データが、予め設定した第1の2次サーチ用検出閾値以上であれば、第1回2次サーチ処理を終了する(S106:Yes)。   The control unit 35 acquires the maximum value from all the code correlation data in the current search range, and if the maximum code correlation data is equal to or greater than a preset first secondary search detection threshold, the first time. The secondary search process is terminated (S106: Yes).

この際、制御部35は、最大のコード相関データとなるコード位相を記憶するとともに、今回(第1回)の2次サーチ処理の最初のコード相関処理を行うコード位相から、最大のコード相関データとなるコード位相までの時間間隔t2を記憶する。また、制御部35は、今回(第1回)の2次サーチ処理の最初のコード相関処理を行うコード位相から、最大のコード相関データとなるコード位相までのコード位相シフト量Cmove2を検出して記憶する。さらに、制御部35は、今回(第1回)の2次サーチ処理の最大のコード相関データとなるコード位相から、最後のコード相関処理を行うコード位相までの時間間隔t3を記憶する(図4の第1回2次サーチ参照)。   At this time, the control unit 35 stores the code phase that is the maximum code correlation data, and the maximum code correlation data from the code phase that performs the first code correlation process of the current (first) secondary search process. The time interval t2 until the code phase becomes is stored. In addition, the control unit 35 detects the code phase shift amount Cmove2 from the code phase that performs the first code correlation process of the current (first) secondary search process to the code phase that becomes the maximum code correlation data. Remember. Further, the control unit 35 stores a time interval t3 from the code phase that is the maximum code correlation data of the current (first) secondary search process to the code phase that performs the last code correlation process (FIG. 4). (Refer to the 1st secondary search).

一方、制御部35は、最大のコード相関データが第1の2次サーチ用検出閾値に達しなければ、サーチ用キャリア周波数fsを、1次サーチ処理の場合と同様に所定周波数シフトさせて、再度、コード全体をサーチ範囲とする上述の1次サーチ処理を行う(S106:No→S101)。   On the other hand, if the maximum code correlation data does not reach the first secondary search detection threshold, the control unit 35 shifts the search carrier frequency fs by a predetermined frequency as in the case of the primary search process, and again Then, the above-described primary search process in which the entire code is set as the search range is performed (S106: No → S101).

次に、制御部35が今回のサーチ処理が第1回2次サーチ処理であることを検出すると(S107:Yes)、推定部37に、すでに検出、記憶している上述の時間間隔t1,t2とコードシフト量Cmove1,Cmove2とを用いて、図4の2次サーチ処理にも示すように、次式からドップラ周波数に相当する周波数誤差Derrを算出させる。   Next, when the control unit 35 detects that the current search process is the first secondary search process (S107: Yes), the estimation unit 37 has already detected and stored the above-described time intervals t1 and t2. And the code shift amounts Cmove1 and Cmove2 are used to calculate a frequency error Derr corresponding to the Doppler frequency from the following equation, as shown in the secondary search process of FIG.

まず、推定部37は、1次サーチ処理での最大のコード相関データとなるコード位相から、第1回2次サーチ処理での最大のコード相関データとなるコード位相までのコードシフト量Cmoveを、Cmove=Cmove1+Cmove2を用いて算出する。   First, the estimation unit 37 calculates the code shift amount Cmove from the code phase that is the maximum code correlation data in the primary search process to the code phase that is the maximum code correlation data in the first secondary search process. Calculate using Cmove = Cmove1 + Cmove2.

次に、推定部37は、周波数誤差Derrを、ドップラシフトによるコード位相ずれの関係式から、
Derr=−1540×Cmove/(t1+t2) −(式2)
を用いて算出する。
Next, the estimation unit 37 calculates the frequency error Derr from the relational expression of the code phase shift caused by the Doppler shift.
Derr = −1540 × Cmove / (t1 + t2) − (Formula 2)
Calculate using.

さらに、推定部37は、算出した周波数誤差(ドップラ周波数)Derrと、1次サーチ処理および第1回2次サーチ処理で設定したサーチ用キャリア周波数fsとから、初期キャリア周波数fdを、fd=fs+Derrを用いて算出する(S108)。   Further, the estimation unit 37 calculates the initial carrier frequency fd from the calculated frequency error (Doppler frequency) Derr and the search carrier frequency fs set in the primary search process and the first secondary search process by calculating fd = fs + Derr. (S108).

制御部35は、第1回2次サーチ処理から得られる第2回2次サーチ処理のサーチ範囲が、予め設定した所定chip未満(本実施形態では、1chip未満)なければ、上述の第1回2次サーチ処理の中心コード位相およびサーチ範囲の設定と同様に、第2回2次サーチ処理の中心コード位相およびサーチ範囲を設定する(S109:No→S104)。すなわち、制御部35は、第1回2次サーチ処理における最大のコード相関データとなるコード位相を、第2回2次サーチ処理の中心コード位相に設定するとともに、第1回2次サーチ処理で得られた時間間隔t3から、第2回2次サーチ処理のサーチ範囲を、(1000[Hz]×t3/1540)[chip]に設定する。   If the search range of the second secondary search process obtained from the first secondary search process is less than a preset predetermined chip (less than 1 chip in the present embodiment), the control unit 35 performs the first process described above. Similar to the setting of the center code phase and search range of the secondary search process, the center code phase and search range of the second secondary search process are set (S109: No → S104). That is, the control unit 35 sets the code phase that is the maximum code correlation data in the first secondary search process to the center code phase of the second secondary search process, and also performs the first secondary search process. From the obtained time interval t3, the search range of the second secondary search process is set to (1000 [Hz] × t3 / 1540) [chip].

そして、制御部35は、図4の2次サーチに示すように、次回の2次サーチ処理におけるサーチ範囲が所定chip未満になるまで、サーチ範囲を狭めながら、このような2次サーチ処理を繰り返し実行する。なお、各サーチ処理での2次サーチ用検出閾値は、後のサーチ処理になるほど高くなるように設定されている。このように順次高くなる検出閾値を設定することで、最大のコード相関データとなるコード位相、すなわちコード追尾の初期コード位相をより正確に検出することができる。   Then, as shown in the secondary search in FIG. 4, the control unit 35 repeats such secondary search processing while narrowing the search range until the search range in the next secondary search processing becomes less than a predetermined chip. Execute. Note that the detection threshold for secondary search in each search process is set to be higher as the later search process is performed. By setting the detection threshold value that sequentially increases in this way, the code phase that is the maximum code correlation data, that is, the initial code phase of code tracking can be detected more accurately.

そして、例えば、図4の例であれば、第n回2次サーチ処理における、第(n+1)回の2次サーチ処理用のサーチ範囲、(1000[Hz]×tn−1/1540)[chip]が所定chip未満になった時点で、サーチ処理が終了し、捕捉モードから追尾モードへ切り替えられる。 For example, in the example of FIG. 4, the search range for the (n + 1) -th secondary search process in the n-th secondary search process, (1000 [Hz] × t n−1 / 1540) [ When the [chip] is less than the predetermined chip, the search process is terminated and the capture mode is switched to the tracking mode.

制御部35は、次回の2次サーチ処理のサーチ範囲が、所定chip未満であれば、捕捉モードから追尾モードへ切り替える切替制御信号を生成し、相関器31へ与える。また、制御部35は、この切り替えタイミングに、推定部37が算出した初期キャリア周波数fdをキャリア追尾部34へ与える(S109:Yes→S110)。   If the search range of the next secondary search process is less than the predetermined chip, the control unit 35 generates a switching control signal for switching from the acquisition mode to the tracking mode, and gives it to the correlator 31. Further, the control unit 35 gives the initial carrier frequency fd calculated by the estimation unit 37 to the carrier tracking unit 34 at this switching timing (S109: Yes → S110).

以上のような処理を行うことで、連続する複数のサーチ処理、本実施形態では1次サーチ処理および第1回2次サーチ処理の実行中に、サーチ用キャリア周波数fsと実際のキャリア周波数fdとの周波数誤差(実際に観測されるドップラ周波数)を検出することができる。これにより、実際に受信した測位信号のキャリア周波数に含まれる実際のドップラ周波数を加味した初期キャリア周波数を設定して、キャリア追尾部へ設定することができる。これにより、追尾の初期状態から、高精度なキャリア追尾が可能となる。特に、本実施形態に示すような連結型コード・キャリア追尾ループ処理では、キャリア追尾部によって推定されたキャリア周波数情報がコード追尾に利用されるので、本実施形態のドップラ周波数の算出処理を行うことで、より確実且つ高精度なキャリアおよびコードの統合追尾が可能になる。   By performing the processing as described above, the search carrier frequency fs and the actual carrier frequency fd can be obtained during the execution of a plurality of continuous search processes, in this embodiment, the primary search process and the first secondary search process. Frequency error (the actually observed Doppler frequency) can be detected. Thereby, it is possible to set the initial carrier frequency taking into account the actual Doppler frequency included in the carrier frequency of the actually received positioning signal and set it in the carrier tracking unit. This enables highly accurate carrier tracking from the initial tracking state. In particular, in the concatenated code carrier tracking loop processing as shown in this embodiment, the carrier frequency information estimated by the carrier tracking unit is used for code tracking, so the Doppler frequency calculation processing of this embodiment is performed. Thus, integrated tracking of the carrier and code can be performed more reliably and accurately.

そして、このような周波数誤差(ドップラ周波数)Derrの算出処理は、上述の図7に示すように、連続するサーチ処理における最大のコード相関データとなるコード位相間の時間が長いほど高精度となるので、C/Noが低く、サーチ処理に時間がかかるほど、高精度に初期キャリア周波数を算出することができる。すなわち、受信環境が悪くても、確実且つ高精度にコード追尾およびキャリア追尾を実行することができる。そのため、本実施形態に示したように、捕捉モード(サーチ処理群)の初期である1次サーチ処理および第1回2次サーチ処理の結果を用いれば、他のサーチ処理を組み合わせた場合よりも高精度にドップラ周波数を算出することができる。   Then, such a calculation process of the frequency error (Doppler frequency) Derr becomes more accurate as the time between code phases that becomes the maximum code correlation data in the continuous search process becomes longer as shown in FIG. Therefore, the lower the C / No and the longer the search process, the more accurately the initial carrier frequency can be calculated. That is, even if the reception environment is bad, code tracking and carrier tracking can be executed reliably and with high accuracy. Therefore, as shown in this embodiment, if the results of the primary search process and the first secondary search process that are the initial stages of the capture mode (search process group) are used, it is more than the case where other search processes are combined. The Doppler frequency can be calculated with high accuracy.

ところで、上述の周波数誤差(ドップラ周波数)Derrの算出の際に、例えば、最大のコード相関データとなるコード位相が、サーチ範囲の最後のコード位相近傍になってしまう等により、時間間隔t1が極短くなる可能性があることも考えられる。この場合、時間項t1が極小さくなるため、上述の(式2)から得られる周波数誤差(ドップラ周波数)Derrは、非常に大きな値になってしまう可能性がある。すなわち、図7に示したように、ドップラ周波数の算出誤差が大きくなり、分解能が低下する可能性がある。   By the way, when the above-described frequency error (Doppler frequency) Derr is calculated, for example, the code phase that becomes the maximum code correlation data becomes close to the last code phase in the search range. It is also possible that this could be shortened. In this case, since the time term t1 is extremely small, the frequency error (Doppler frequency) Derr obtained from the above (Equation 2) may be a very large value. That is, as shown in FIG. 7, there is a possibility that the calculation error of the Doppler frequency becomes large and the resolution is lowered.

この場合、制御部35は、次に示す条件に基づいて、キャリア追尾部34に与える初期キャリア周波数を設定する。   In this case, the control unit 35 sets an initial carrier frequency to be given to the carrier tracking unit 34 based on the following conditions.

図5は周波数誤差Derrの各補正処理の概念を示す図であり、図5(A)は、算出した周波数誤差Derrが所定周波数範囲(±500[Hz])外であった場合を示し、図5(B)は、算出した周波数誤差Derrの算出誤差範囲が部分的に所定周波数範囲(±500[Hz])外であった場合を示し、図5(C)は、図5(B)の場合の補正後の状態を示す。   FIG. 5 is a diagram showing the concept of each correction process of the frequency error Derr. FIG. 5A shows a case where the calculated frequency error Derr is outside a predetermined frequency range (± 500 [Hz]). 5 (B) shows a case where the calculated error range of the calculated frequency error Derr is partially outside the predetermined frequency range (± 500 [Hz]). FIG. 5 (C) shows the case of FIG. The state after correction in this case is shown.

(1)まず、算出した周波数誤差Derrが、理論上取り得る値の範囲である上述の所定周波数範囲(本実施形態では±500[Hz])を超える場合(図5(A)の場合)
制御部35は、周波数誤差Derrが存在することのみを検出できる。したがって、制御部35は、設定した周波数範囲の最大値の半値、例えば本実施形態であれば+500[Hz]の半値である+250[Hz]に設定する。これは、周波数誤差Derrは、サーチ処理が進むに沿って増加し、常に正値になることに基づく。このような設定を行うことで、現実的には取り得ない周波数誤差Derrを用いることなく、より現実的な周波数誤差Derrから初期キャリア周波数を設定することができる。
(1) First, when the calculated frequency error Derr exceeds the above-described predetermined frequency range (± 500 [Hz] in the present embodiment), which is a range of values that can be theoretically taken (in the case of FIG. 5A).
The control unit 35 can only detect that the frequency error Derr exists. Accordingly, the control unit 35 sets the half value of the maximum value of the set frequency range, for example, +250 [Hz] which is a half value of +500 [Hz] in the present embodiment. This is based on the fact that the frequency error Derr increases as the search process proceeds and always becomes a positive value. By performing such setting, the initial carrier frequency can be set from a more realistic frequency error Derr without using a frequency error Derr that cannot be practically obtained.

(2)次に、算出した周波数誤差Derrの算出誤差範囲が、上述の所定周波数範囲(本実施形態では±500[Hz])を超える場合(図5(B)の場合)
制御部35は、算出した周波数誤差Derrに基づいて補正を行う。この際、制御部35は、時間間隔t1,t2に基づく図7から周波数誤差Derrの算出誤差範囲を取得し、当該周波数誤差Derrの算出誤差範囲が上述の所定周波数範囲に納まるように、周波数誤差Derrを補正する。例えば、図5(C)に示すように、本実施形態であれば周波数誤差Derrの算出誤差範囲の上限周波数が、設定された上限周波数である+500[Hz]を超える場合、当該算出誤差の上限周波数が+500[Hz]に納まるように、周波数誤差Derrを「0」方向へ周波数シフトさせる。そして、制御部35は、このように周波数シフトした補正後の周波数誤差Derrから初期キャリア周波数を設定する。このような設定を行うことで、より確からしい周波数誤差Derrを用いて、初期キャリア周波数を設定することができる。
(2) Next, when the calculated error range of the calculated frequency error Derr exceeds the predetermined frequency range (± 500 [Hz] in the present embodiment) (in the case of FIG. 5B)
The control unit 35 performs correction based on the calculated frequency error Derr. At this time, the control unit 35 acquires the calculation error range of the frequency error Derr from FIG. 7 based on the time intervals t1 and t2, and the frequency error so that the calculation error range of the frequency error Derr falls within the predetermined frequency range. Correct Derr. For example, as shown in FIG. 5C, in this embodiment, when the upper limit frequency of the calculation error range of the frequency error Derr exceeds +500 [Hz], which is the set upper limit frequency, The frequency error Derr is shifted in the “0” direction so that the upper limit frequency falls within +500 [Hz]. And the control part 35 sets an initial stage carrier frequency from the frequency error Derr after the correction | amendment which carried out the frequency shift in this way. By performing such setting, the initial carrier frequency can be set using the more likely frequency error Derr.

なお、上述の説明では、1次サーチ処理とこれに続く第1回2次サーチ処理のサーチ結果に基づいて、ドップラ周波数および初期キャリア周波数を設定する例を示したが、他の連続する複数のサーチ処理によるサーチ結果に基づいて、ドップラ周波数および初期キャリア周波数を設定するようにしてもよい。また、連続する3回以上の複数のサーチ処理によるサーチ結果に基づいて、ドップラ周波数および初期キャリア周波数を設定するようにしてもよい。   In the above description, the example in which the Doppler frequency and the initial carrier frequency are set based on the search result of the primary search process and the subsequent first secondary search process has been described. You may make it set a Doppler frequency and an initial stage carrier frequency based on the search result by a search process. Further, the Doppler frequency and the initial carrier frequency may be set based on search results obtained by a plurality of consecutive search processes of three or more times.

また、上述の説明では、サーチ用キャリア周波数fsのドップラ周波数が「0」であると仮定したが、サーチ用キャリア周波数fsに、予め別途概略推定したドップラ周波数を含ませてもよい。この場合には、上述の説明で示した周波数誤差Derrを別途概略推定したドップラ周波数に加算することで、実際のドップラ周波数を推定算出することができる。   In the above description, it is assumed that the Doppler frequency of the search carrier frequency fs is “0”, but the search carrier frequency fs may include a Doppler frequency that is separately roughly estimated in advance. In this case, the actual Doppler frequency can be estimated and calculated by adding the frequency error Derr shown in the above description to the separately roughly estimated Doppler frequency.

また、上述の周波数誤差Derrにはクロック誤差も含まれることが有るが、別途クロック誤差を推定し、周波数誤差Derrから減算することで、ドップラ周波数を推定算出することができる。   The frequency error Derr may include a clock error. However, the Doppler frequency can be estimated and calculated by separately estimating the clock error and subtracting it from the frequency error Derr.

11−測位信号受信アンテナ、12−ダウンコンバータ、13−復調部、14−航法メッセージ取得部、15−測位部、
31−相関器、32−積算部、33−コード追尾部、34−キャリア追尾部、35−制御部、36−擬似距離算出部、37−推定部、
330−コードNCO、331−コード位相検出部、332−第1単位変換部、333−第1増幅部、334−第2増幅部、335−積算部、336−加算器、337−第2単位変換部、341−キャリア追尾実行部、342−第3単位変換部、343−第4単位変換部
11-positioning signal receiving antenna, 12-down converter, 13-demodulation unit, 14-navigation message acquisition unit, 15-positioning unit,
31-correlator, 32-accumulator, 33-code tracking unit, 34-carrier tracking unit, 35-control unit, 36-pseudo-range calculation unit, 37-estimation unit,
330-code NCO, 331-code phase detector, 332-first unit converter, 333-first amplifier, 334-second amplifier, 335-integrator, 336-adder, 337-second unit converter Unit, 341-carrier tracking execution unit, 342-third unit conversion unit, 343-fourth unit conversion unit

Claims (13)

所定のコードによりスペクトル拡散された信号のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定装置であって、
前記スペクトル拡散された信号と前記コードに基づくレプリカコードとを相関処理する相関部と、
予め設定した推定用キャリア周波数において、所定のサーチ範囲に亘り所定のコード位相毎に相関レベルを算出して最大相関レベルとなるコード位相を検出するサーチ処理を前記相関部に対して実行させる制御部と、
2回の前記サーチ処理で検出された前記最大相関レベルとなるコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて、前記推定キャリア周波数の周波数誤差を算出することで前記ドップラ周波数を推定する推定部と、を備えたドップラ周波数推定装置。
A Doppler frequency estimator for estimating a Doppler frequency of a signal spread by a predetermined code,
A correlator for correlating the spread spectrum signal with a replica code based on the code;
A control unit that causes the correlation unit to execute a search process for calculating a correlation level for each predetermined code phase over a predetermined search range and detecting a code phase having a maximum correlation level in a preset estimation carrier frequency When,
The frequency error of the estimated carrier frequency is calculated based on the amount of code shift between the code phases at the maximum correlation level detected by the two search processes and the detection timing interval of the code phase at the maximum correlation level. An Doppler frequency estimation apparatus comprising: an estimation unit configured to estimate the Doppler frequency.
前記制御部は、
前記コードの全体をサーチ範囲として前記サーチ処理を行う1次サーチ処理と、該1次サーチ処理のサーチ範囲よりも狭いサーチ範囲において前記サーチ処理を行う2次サーチ処理と、を前記相関部に対して実行させ、
前記推定部は、
前記1次サーチ処理と前記2次サーチ処理で得られた前記最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて前記ドップラ周波数を推定する、請求項1に記載のドップラ周波数推定装置。
The controller is
A primary search process for performing the search process using the entire code as a search range, and a secondary search process for performing the search process in a search range narrower than the search range of the primary search process are performed on the correlation unit. Run
The estimation unit includes
The Doppler frequency is estimated based on the amount of code shift between the code phases of the maximum correlation level obtained by the primary search process and the secondary search process and the detection timing interval of the code phase at the maximum correlation level. The Doppler frequency estimation apparatus according to claim 1.
前記制御部は、
直前のサーチ処理による最大相関レベルのコード位相を中心コード位相とし、直前のサーチ処理のサーチ範囲よりも狭い所定のサーチ範囲において前記コード位相毎の相関レベルを取得し、最大相関レベルとなるコード位相を検出する2次サーチ処理を前記相関部に対して複数回実行させ、
前記推定部は、
前記1次サーチ処理と少なくとも1回の前記2次サーチ処理との内の2回のサーチ処理で得られた前記最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と、該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて前記ドップラ周波数を推定する、請求項2に記載のドップラ周波数推定装置。
The controller is
The code phase of the maximum correlation level is obtained by obtaining the correlation level for each code phase in a predetermined search range narrower than the search range of the immediately preceding search process, with the code phase of the maximum correlation level by the immediately preceding search process as the center code phase. A second search process for detecting a plurality of times for the correlation unit,
The estimation unit includes
The code shift amount between the code phases of the maximum correlation level obtained by two search processes out of the primary search process and at least one secondary search process, and the code phase that becomes the maximum correlation level The Doppler frequency estimation apparatus according to claim 2, wherein the Doppler frequency is estimated based on a detection timing interval of the Doppler.
前記制御部は、前記2次サーチ処理時に、前記サーチ範囲を、前記直前のサーチ処理による最大相関レベルのコード位相から前記直前のサーチ処理の最後のコード位相までの時間に基づいて設定する、請求項2または請求項3に記載のドップラ周波数推定装置。   The control unit sets the search range based on a time from a code phase of a maximum correlation level by the immediately preceding search process to a last code phase of the immediately preceding search process during the secondary search process. The Doppler frequency estimation apparatus according to claim 2 or claim 3. 前記制御部は、前記ドップラ周波数が、当該ドップラ周波数の算出に用いた2次サーチ処理で設定するサーチ範囲に対応する周波数範囲から外れる場合に、算出したドップラ周波数を前記周波数範囲内の値に補正する、請求項2〜請求項4のいずれかに記載のドップラ周波数推定装置。   The control unit corrects the calculated Doppler frequency to a value within the frequency range when the Doppler frequency is out of the frequency range corresponding to the search range set in the secondary search process used for calculating the Doppler frequency. The Doppler frequency estimation apparatus according to any one of claims 2 to 4. 前記制御部は、前記ドップラ周波数の周波数算出誤差範囲が、当該ドップラ周波数の算出に用いた2次サーチ処理で設定するサーチ範囲に対応する周波数範囲から外れる場合に、前記周波数算出誤差範囲が前記周波数範囲内となるように前記ドップラ周波数を補正する、請求項2〜請求項4のいずれかに記載のドップラ周波数推定装置。   When the frequency calculation error range of the Doppler frequency deviates from the frequency range corresponding to the search range set in the secondary search process used for calculating the Doppler frequency, the control unit determines that the frequency calculation error range is the frequency The Doppler frequency estimation apparatus according to claim 2, wherein the Doppler frequency is corrected so as to be within a range. 前記制御部は、予め設定した閾値以上の最大相関レベルとなるコード位相のみを検出対象とする、請求項2〜請求項6のいずれかに記載のドップラ周波数推定装置。   The Doppler frequency estimation apparatus according to any one of claims 2 to 6, wherein the control unit detects only a code phase having a maximum correlation level equal to or higher than a preset threshold value. 前記制御部は、前記1次サーチの中心コード位相と当該1次サーチの直後の2次サーチの中心コード位相を用いて、前記周波数誤差を算出する請求項2〜請求項7のいずれかに記載のドップラ周波数推定装置。   The said control part calculates the said frequency error using the center code phase of the said primary search, and the center code phase of the secondary search immediately after the said primary search. Doppler frequency estimation device. 請求項1〜請求項8に記載のドップラ周波数推定装置を有し、
前記制御部は、前記スペクトル拡散された信号である測位信号の前記コードを捕捉する処理を前記ドップラ周波数の推定に利用するサーチ処理で行うコード捕捉モードと、前記測位信号の前記コードを追尾するコード追尾モードと、前記測位信号のキャリア周波数を追尾するキャリア追尾モードとを設定し、前記コード捕捉モードにおけるコード捕捉結果に基づいて前記コード捕捉モードから、前記コード追尾モードおよび前記キャリア追尾モードに切り替える、測位信号捕捉追尾装置であって、
前記制御部は、
前記コード捕捉モードにおける新たなサーチ範囲がコードの所定chip未満になると、前記コード捕捉モードから前記コード追尾モードおよびキャリア追尾モードへ切り替え、
前記コード追尾モードでは、前記コード捕捉モードから前記コード追尾モードへ切り替わる際のサーチ処理により検出されたコード位相を用いてコード追尾を開始させ、前記キャリア追尾モードでは、前記推定部で推定された前記ドップラ周波数に基づく初期キャリア周波数を設定して前記キャリア周波数の追尾を開始させる、測位信号捕捉追尾装置。
The Doppler frequency estimation apparatus according to claim 1,
The control unit includes a code acquisition mode in which a process for acquiring the code of the positioning signal, which is the spread spectrum signal, is performed in a search process used for estimating the Doppler frequency, and a code for tracking the code of the positioning signal Setting a tracking mode and a carrier tracking mode for tracking the carrier frequency of the positioning signal, and switching from the code acquisition mode to the code tracking mode and the carrier tracking mode based on the code acquisition result in the code acquisition mode, A positioning signal acquisition and tracking device,
The controller is
When the new search range in the code acquisition mode becomes less than a predetermined chip of the code, the code acquisition mode is switched to the code tracking mode and the carrier tracking mode,
In the code tracking mode, code tracking is started using the code phase detected by the search process when switching from the code acquisition mode to the code tracking mode, and in the carrier tracking mode, the code estimated by the estimation unit A positioning signal acquisition and tracking device that sets an initial carrier frequency based on a Doppler frequency and starts tracking the carrier frequency.
請求項9に記載の測位信号捕捉追尾装置を備えるとともに、
前記コード追尾モードでのコード位相差や前記キャリア追尾モードでのキャリア周波数に基づいて擬似距離を算出する復調部と、
該復調部で復調された測位信号から航法メッセージを取得する航法メッセージ取得部と、
前記擬似距離と前記航法メッセージとを用いて測位演算を行う測位部と、を備えた測位装置。
The positioning signal acquisition and tracking device according to claim 9 is provided,
A demodulator that calculates a pseudorange based on a code phase difference in the code tracking mode and a carrier frequency in the carrier tracking mode;
A navigation message acquisition unit for acquiring a navigation message from the positioning signal demodulated by the demodulation unit;
A positioning device comprising: a positioning unit that performs a positioning calculation using the pseudo distance and the navigation message.
所定のコードによりスペクトル拡散された信号のドップラ周波数を推定するドップラ周波数推定方法であって、
予め設定した推定用キャリア周波数において、所定のサーチ範囲に亘り所定のコード位相毎に、前記スペクトル拡散された信号と前記コードに基づくレプリカコードとの相関レベルを算出して最大相関レベルとなるコード位相を検出するサーチ処理を複数回実行し、
2回の前記サーチ処理で検出された前記最大相関レベルとなるコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて、前記推定キャリア周波数の周波数誤差を算出することで前記ドップラ周波数を推定する、
ドップラ周波数推定方法。
A Doppler frequency estimation method for estimating a Doppler frequency of a signal spread by a predetermined code,
A code phase that obtains a maximum correlation level by calculating a correlation level between the spread spectrum signal and a replica code based on the code for each predetermined code phase over a predetermined search range at a preset carrier frequency for estimation The search process to detect
The frequency error of the estimated carrier frequency is calculated based on the amount of code shift between the code phases at the maximum correlation level detected by the two search processes and the detection timing interval of the code phase at the maximum correlation level. To estimate the Doppler frequency,
Doppler frequency estimation method.
前記サーチ処理は、前記コードの全体をサーチ範囲として前記サーチ処理を行う1次サーチ処理と、該1次サーチ処理のサーチ範囲よりも狭いサーチ範囲において前記サーチ処理を行う2次サーチ処理と、を有し、
前記1次サーチ処理と前記2次サーチ処理で得られた前記最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて前記ドップラ周波数を推定する、請求項11に記載のドップラ周波数推定方法。
The search process includes a primary search process for performing the search process using the entire code as a search range, and a secondary search process for performing the search process in a search range narrower than the search range of the primary search process. Have
The Doppler frequency is estimated based on the amount of code shift between the code phases of the maximum correlation level obtained by the primary search process and the secondary search process and the detection timing interval of the code phase at the maximum correlation level. The Doppler frequency estimation method according to claim 11.
前記サーチ処理は、直前のサーチ処理による最大相関レベルのコード位相を中心コード位相とし、直前のサーチ処理のサーチ範囲よりも狭い所定のサーチ範囲において前記コード位相毎の相関レベルを取得し、最大相関レベルとなるコード位相を検出する前記2次サーチ処理を複数回有し、
前記1次サーチ処理と少なくとも1回の前記2次サーチ処理との内の2回のサーチ処理で得られた前記最大相関レベルのコード位相間のコードシフト量と、該最大相関レベルとなるコード位相の検出タイミング間隔とに基づいて前記ドップラ周波数を推定する、請求項12に記載のドップラ周波数推定方法。
The search process uses the code phase of the maximum correlation level from the immediately preceding search process as the center code phase, acquires the correlation level for each code phase in a predetermined search range narrower than the search range of the immediately preceding search process, and obtains the maximum correlation The secondary search process for detecting a code phase that becomes a level is performed a plurality of times,
The code shift amount between the code phases of the maximum correlation level obtained by two search processes out of the primary search process and at least one secondary search process, and the code phase that becomes the maximum correlation level The Doppler frequency estimation method according to claim 12, wherein the Doppler frequency is estimated based on a detection timing interval of the Doppler.
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